材料力学小论文

h材料力学论文 跳水板的性能分析 大连理工大学 姓名: 班级:运船 学号:

跳水板的性能分析 姓名: 班级: 学号:

]关键字:跳板;弯矩;剪力;挠曲线;转角;最大冲力;拉力传感器，静态应变仪 成果简介:最常见的在跳水比赛中使用的跳水板是个典型的跳板使用例子，其结构和性能的好坏与运动员的比赛安全和水平能否正常发挥息息相关，所以研究跳板的结构和性能有了必要性和时代性。就目前我们掌握的材料力学的知识和有关的资料，我对跳板的结构和性能进行思考和探索;通过思考和探索，知道了在一定条件下(一定温度 一定湿度等条件)，怎么通过现有的知识判断:跳板需要什么样的结构和结构是否合理， 具有什么性质的材料才能保证跳板工作的安全行 性能的可行性。

正文:目前在跳水比赛中使用的三米 跳板结构如图:全长4898mm,板宽 500mm,前支点到后支点的的距离为 1883m，有合金或玻璃钢制成，表面覆 盖有防滑材料，其弹性极好。跳板是 末端被固定的杠杆，杠杆原理中有距

离支点越远，力臂越长，弹力越大。 在跳板中，运动员会想尽办法让自己 最大限度地使用跳板的弹力。

运动员在踩在跳板上，从下蹲到双脚离开跳板上升过程中，从能量转化角度来说是，运动员最终获得的动能并上升，首先是由运动员下减少的蹲重力势能和化学能转化为跳板的弹性势能，其次是起跳过程人的化学能和跳板的弹性势能转为远动员上升时的机械能。在日常生活中，我们会发现运动员只经过一次上述的过程是不能够上升到足够高的高度来来完成所需完成的比赛动作的，所以一般上述的下蹲起跳动作会不止一次发生，也就是说，跳板还要多次承受向下的冲力的作

用(变形也是多次发生，但有一次变形是最大的)， 这最大冲力和跳板能承受的最大冲力以及如何保证运动员不从板上掉下是我们研究的主要问题。假设运动员的重力为G(跳水板的重量不大，为了方便分析就忽略了)，跳板的长度为L，宽度为b，许用应力为,,，跳水板截面的面积A，截面型心

纵坐标Y，型心主惯性矩I, 现在对跳板的受力 如图: 其扭矩图 为: 弯矩图为: 剪力图为:

各点由于平面弯曲引起的应力变与弯矩的关系为:

如图，拉力传感器连在跳板端点处，这样施加不同的拉力值时，不同截面的应变值就可以通过静态应变仪测得。由跳板的内力图及跳板的截面变(y为所求点

化情况可知危险截面的位置应该在中间支撑点附近的截面。从而可以用静态应变仪在中间支撑点位置找危险截面，也就是正应力最大的点所在的截面。确定正应

力最大值所在截面后就可以根据截面的几何性质找到其危险点，最后通过分析可以再到该危险点的正应力大小与拉力的关系，换个角度，也就是可以在知道拉力的大小时确定跳板的最大正应力的值。其扭矩T=F)b;通过对该危险界面的几何性质和切应力在截面上分布特点的分析可以确定该截面上存在切应力最大与正应力最大重合的点，切应力最大值。由于组合变形中弯曲切应力数值比较小，所以可以不考虑剪，= 通过校核其强度是否满足要求力的影响。(该模型相当于一个弯曲 扭转组合变形)。

在实际使用中要保证板的结构安全，就要保证冲力最大时，也就是速度减少得最快时，上述的强度校核公式成立。我们在知道材料的许用应力的情况下，可以从强度校核公式 内力与应力的关系计算出跳板能承受的最大冲力。

跳板在受力过程中形状发生，或向下弯曲或向上弯曲。由于板向下弯曲变形的程度远大于向上弯曲变形的程度，所在考虑它的刚度要求时主要考虑它向下弯曲时的情形。在实验室条件下，在对跳板的作用情况一定时，不同的跳板其最大挠度未必相等。运动员对跳板作用强度最大时，挠度最大值为。可由直角钢尺或更精确的测量仪测得。此外，在知道跳板的制造材料和结构的条件下，可以通过有关手册或规范中查到跳板的刚度允许值

求。

。这样就可以通过判断跳板是否满足要

在考虑安全性和可行性时，除了要保证跳板的刚度 强度满足要求外，还应保 证:运动员在与板相互作用时，不能从板滑下。毫无疑问这就需要考虑到板的摩擦因数的大小问题。假设 作用力的作用方向在跳板的对称面上，则 在通过实验室获得的F与 的关系确定f的最大值

(关于的函数)。运动员受到沿跳板向下的力= 。要求: < f。既可以确定的范围。这是获得选择制造跳板表面材料依据的一种途径。

(四)总结

在考虑其可行性时，从简单的模型出发，根据材料力学现学的知识，从跳板强度 刚度 摩擦因数考虑，得到其各自的判断依据，同时也得到跳水板的强度 刚度性能。

主要参考文献

[1] 王守新 材料力学(第三版)大连 大连理工大学出版社

[2]论文《 跳水板动态性能分析及运动员 跳板振动配合的研究》。 [3]刘鸿文 材料力学(第五版)高等教育出版社 提交日期:2012年6月1日